옹벽의 설계 1편_옹벽 설계 기초

1. 왜 옹벽인가요?

신입사원들에게서 자주 듣는 말입니다.

옹벽은 외력과 내력의 이해, 철근콘크리트 구조의 구조검토, 설계 업무의 흐름을 이해 할 수 있는 좋은 사례입니다.

2. 옹벽이란?

옹벽(retaining wall)은 무엇인가를 버티기 위한 벽식 구조물을 통칭합니다.

주로 토사와 물을 막고 전면과 배면에 공간을 확보하기 위한 목적으로 설치됩니다.

3. 옹벽의 종류

1) 중력식 옹벽

• 가장 기초적인 옹벽 구조물

• 외력에 대하여 구조물의 자중으로 저항하는 구조물

• 석축 쌓기, 보강토 옹벽 또한 큰 의미에서 중력식 옹벽에 포함됨.

2) L형 옹벽

• 외력에 대하여 구조물의 자중과 저판위의 토압으로 저항하는 구조물

• 배면토사에 기초가 위치하는 L형과 전면부에 기초가 위치하는 역L형이 있음.

3) 역T형 옹벽

• 외력에 대하여 구조물의 자중과 저판위의 토압으로 저항하며 앞굽판의 팔길이로 전도에 대한 저항력을 향상시킨 구조물

4) 부벽식 옹벽

• 역T형(L형) 옹벽에 벽체와 저판을 연결하는 벽체를 설치하여 압축 또는 인장 보강을 하여 내력을 향상시킨 구조물

4. 옹벽은 어떤 상황에 필요한가요?

흙을 안전하게 쌓으려면 약 30°이내 경사면이 필요합니다.

성토사면이 시공성이나 경제성에서 불리한 것으로 판단될 때 옹벽을 설치해서 사면을 대체합니다.

성토면 끝에 부지경계가 인접 또는 저촉된 경우, 성토범위가 과다한 경우, 방음벽 기초, 난간 기초, 교대날개벽 등 구조물 기초와 흙막이가 동시에 필요한 경우가 이에 해당됩니다.

5. 옹벽 설계는 어떻게 하나요?

• 대상지 현황을 분석하여 벽체의 높이를 결정하고, 설계하중(외력)을 결정, 저판(기초)설치 제약조건 등을 분석하여 옹벽형식을 가정, 설계단면 작성

• 외력에 대하여 활동, 전도, 지지력 등을 검토하여 외적 안전성을 검토.

• 옹벽 구조물에 발생하는 내력에 대하여 부재의 안전성을 검토.

5.1 설계하중

옹벽 설계시 고려해야 하는 하중은 다음과 같습니다.

1) 토압

토사의 팽창(주동, active) 또는 압축(수동, passive)에 의해 발생하는 외력

옹벽 배면의 상재하중 또는 인접한 구조물에 의한 토압

2) 자중

옹벽구조물의 중량

3) 활하중

옹벽 배면의 뒷채움 작업하중과 차량하중

4) 부가하중

벽체상단 부착물의 하중

5.2 벽체

1) 벽체 높이

성토가 되어 발생하는 단차에 여유높이와 원지반에 설치되는 기초의 두께 동결심도를 고려하여 벽체 높이를 결정합니다.

2) 벽체 두께

벽체의 두께는 벽체 상단에 설치되는 구조물(차량방호책, 난간, 방음벽 등)을 고려하여 결정하며 최소 300mm이상을 확보해야 합니다.

최소 폭은 설계기준, 설계요령마다 상이하나 실제 배근을 고려해보면 이해가 쉽습니다.

아래는 옹벽 벽체 상단의 배근 예시입니다.

벽체를 250mm의 두께로 설계해도 철근의 최소간격을 만족시킬 수 있으나 콘크리트 다짐기의 크기가 작아져 좁은 간격으로 더 많은 횟수의 다짐을 해야 하기에 시공성이 저하 됩니다.(콘크리트 진동다짐기의 제원과 등급은 ACI-309-05 Guide for consolidation of concrete를 참고.)

옹벽 벽체 상단에 방호벽, 방음벽 등의 구조물이 설치되는 경우 여건에 맞게 두께를 조절해야 합니다.

3) 기초 심도

저판의 설치깊이는 지지층의 깊이, 동결심도, 설치되는 시설물 등을 고려해서 결정합니다.

지표면 아래로 최소한 1.0m 이상의 깊이에 설치해야 합니다.

4) 전면경사

옹벽의 벽체는 직각으로 설치될 것이라 생각하기 쉽습니다만, 아래 기준에 따라 1:0.02 이상의 경사를 설치해야 합니다.

기초판 길이가 1m 일 때 20mm(평판재하시험의 침하량 한계)의 부등침하가 발생하는 경우의 처짐각이 0.02이므로 지반침하가 발생된 후 벽체가 90도를 넘지 않도록 미리경사를 주는 것입니다.

주행자의 심리적 안정성을 도모하기 위함이기도 합니다.

5.3 저판

외력에 대한 안정성 검토를 통해 저판의 크기를 결정합니다.

1) 활동(Sliding)

수평방향으로 작용하는 외력에 대하여 수평이동(미끄러짐)에 저항하도록 설계해야 합니다.

설계시 저항력이 1.5배 이상 되어야 합니다. (옹벽전면의 수동토압 고려시 2.0배 이상)

저항력이 부족한 경우, 저판의 길이 확대로 지지면의 마찰력 증가, 활동방지벽 설치로 수동토압으로 활동에 대한 저항력을 증가시키는 방법이 있습니다.

활동방지벽의 높이는 아래 기준에 따라 결정합니다.

활동방지벽은 전면부 지반의 마찰력과 수동토압으로 저항합니다.

활동방지벽의 위치는 추가하중을 유발하지 않으면서 최대 저항력을 유발하도록 배치해야 합니다.

활동방지벽의 설치시 구조물 굴착선에 맞는 형상으로 설치해야 합니다.

2) 전도(Overturning)

수평방향으로 작용하는 외력에 대하여 회전에 저항하도록 설계해야 합니다.

설계시 저항력이 2.0배 이상 되어야 합니다.

저항력 부족시, 저판의 길이 확대로 배면토사에 의한 저항모멘트 증가, 앞굽설치로 팔길이를 늘려 저항모멘트를 증가시키는 방법이 있습니다.

3) 지지력(Bearing capacity)

기초면의 지반반력에 대하여 기초지반이 저항하도록 설계해야 합니다.

설계시 허용지지력 3.0배 이상 되어야 합니다.

옹벽에 작용하는 수직력의 편심거리에 따라 지반반력 분포가 다음과 같이 구분됩니다.

지지력 부족시, 저판의 길이 확대로 지반반력 분산, 지반개량으로 극한지지력 증가, 말뚝기초 설치로 지지층까지 하중을 전달하는 방법이 있습니다.

5.4 옹벽 본체 안전성 검토

외력에 대하여 안전성 검토가 끝났으면 옹벽의 형상(높이와 저판길이)이 결정될 것입니다.

이후 옹벽에 발생하는 내력(단면력)에 대하여 설계기준에 맞게 단면검토를 수행하고 안전성을 확보해야합니다.

6. 맺음말

콘크리트 옹벽(KDS 11 80 05)를 통해 외력과 내력의 구분, 옹벽 계획시 반영해야하는 사항들에 대하여 알아보았습니다.

참고자료

국가건설기준센터. (2020). KDS 11 80 05 콘크리트옹벽

Topics

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About the Editor

Kiwi

구조 엔지니어 경력 15년 이상

Since 2005

아치주탑사장교,

모노레일,

슬라이딩센터 등 특수구조물 설계 참여.

BIM운용전문가

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